UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

LABORATORIO ELECTRÓNICA II

Grupo 1

Martha Aurora González Jaramillo 20101005061 Miguel Angel Sastoque Caro 20101005072 César Aníbal Echeverry Moreno 20101005059

Profesor: José Hugo Castellanos

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

1. OBJETIVOS Analizar el funcionamiento de un amplificador diferencial teniendo en cuenta

las ganancias diferenciales y de modo común. Observar los efectos de polarizar por medio de un espejo de corriente un

amplificador diferencial. Identificar el efecto que produce introducir una carga activa al amplificador

diferencial. Reconocer la importancia de utilizar transistores de un mismo circuito

integrado para implementar un amplificador diferencial con espejo de corriente y cargas activas.

2. MARCO TEÓRICO

El amplificador diferencial constituye la etapa de entrada más típica de la mayoría de los amplificadores operacionales y comparadores, siendo además el elemento básico de las puertas digitales de la familia lógica ECL. Uno de sus aspectos más importantes es su simetría, por ello, los transistores Q1 y Q2 deben ser idénticos, lo cual un circuito integrado (ca3086) nos proporciona.

Figura 1.Amplificador diferencial básico y recta de carga

La ganancia en tensión en modo diferencial de este amplificador es

Figura 2. Modelo a pequeña señal Amplificador diferencial

La ganancia en modo común debido a una resistencia equivalente de 2RE:

Figura 3. Modelo pequeña señal modo común

Un amplificador diferencial ideal tiene una tensión de salida proporcional a vid y no depende del componente en modo común (Ac=0). En la práctica no sucede así y para medir esa desviación se introduce el concepto de relación de rechazo en modo común CMRR y se define como la relación entre la ganancia en modo diferencial y modo común: CMRR= (Ad/Ac)

Para obtener un CMRR elevado, una alternativa que se utiliza en la práctica consiste en sustituir la resistencia RE por una fuente de corriente, ya que esta presenta una impedancia interna muy alta. Así mismo, cuando hay un incremento de corriente en un transistor, se origina una disminución de corriente en la misma proporción en el otro transistor

Figura 4. Amplificador diferencial con carga activa y curva característica

3. DISEÑO

Para un VCC=24v y un ICQ=0,5 mA

Características CA3086 tomadas del datasheet hfe:100

Circuito:

Amplificador Diferencial Basico Amplificador Diferencial Con Espejo de Corriente

Q11

2N2222*

Q12

2N2222*

R218kΩ

VCC12V

VEE-12V

R2216kΩ

R2316kΩ

R24660kΩ

R25660kΩ

Q13

2N2222*

Q142N2222*

VCC12V

VCC

12V

R2616kΩ

R2716kΩ

R28660kΩ

R29660kΩ

C710µF

R30

22.2kΩ Q15

2N2222*

Q16

2N2222*VEE

-12V

Amplificador Diferencial en el integrado LM723

Q1

2N2222*

Q22N2222*

VCC12V

VCC

12V

R3660kΩ

R4660kΩ

C510µF

R5

22.2kΩ Q7

2N2222*

Q8

2N2222*VEE

-12V

Q9

2N3906

Q10

2N3906

Q17

2N3906

Q18

2N3906 R1

22.2kΩ

R2

22.2kΩ

VEE-12V

VEE-12V

3. SIMULACIÓN Circuito Desbalanceado

Circuito Balanceado

4. DESARROLLO PRÁCTICA

a) Verificar la conexión de los instrumentos de trabajo de laboratorio y montar los circuitos correspondientes en protoboard, con el uso del integrado ca3086, transistores y resistencias, con condiciones (Icq=0.5ma y v=24v) y verificar correcta polarización

b) Aplicar vi=vpsenwt a base 1, con base 2 a tierra AC (Utilizar un condensador) Obtener Ad

Medida Av1

Teórica Av1 Error

Medida Av2

Teórica Av2 Error Medida Teór Error

0,096 -2,64 2,86 -27,50 -131,99 79,17 29,79 131,99 77,43 -57,29 -263,98 78,30

Ad BalanceadaAd DesbalanceadaVi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)

c) Aplicar en ambas entradas vi=vpsenwt. Obtener Ac y el CMRR

Medida Av1

Teórica Av1 Error

Medida Av2

Teórica Av2 Error Medida Teór Error

2,2 -1,88 -1,92 -0,85 -0,85 0,42 -0,87 -0,85 2,55 -1,73 -1,70 1,48

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)

Ac Desbalanceada Ac Balanceada

medido teorico error33,169 155,100 78,615

CMRR

d) Cambiar Re por una fuente de corriente constante (utilizar espejo de corriente básico) para las mismas condiciones del paso 1. Repetir pasos 2 y 3. Con estos resultados comparar los CMRR

Medida Av1

Teórica Av1 Error

Medida Av2

Teórica Av2 Error Medida Teór Error

0,148 -4,56 4,12 -30,81 -131,99 76,66 27,84 131,99 78,91 -58,65 -263,98 77,78

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)

Ad Desbalanceada Ad Balanceada

Medida Av1

Teórica Av1 Error

Medida Av2

Teórica Av2 Error Medida Teór Error

5,68 -1,6 -1,64 -0,28 -0,06 340,14 -0,29 -0,06 351,14 -0,57 -0,13 345,64

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)

Ac Desbalanceada Ac Balanceada

medido teorico error102,82 2062,34 95,01

CMRR

medido teoricofactor relacion 3,10 13,30

e) Cambiar Rc por una carga activa, utilizando espejo de corriente ( usando transistores PNP con características similares a los del arreglo CA3086), obtener la Ad y comparar con la obtenida en paso 2, comentar y concluir

Medida Av1Teórica Av1 Error

Medida Av2

Teórica Av2 Error Medida Teór Error

0,086 -3,91 3,84 -45,47 -273,41 83,37 44,65 273,40 83,67 -90,12 -546,82 83,52

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)

Ad Desbalanceada Ad Balanceada

Medida Av1Teórica Av1 Error

Medida Av2

Teórica Av2 Error Medida Teór Error

3,65 -1,74 -1,65 -0,48 -0,13 261,15 -0,45 -0,13 242,47 -0,93 -0,26 251,81

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)

Ac Desbalanceada Ac Balanceada

f) Utilizando un amplificador diferencial constitutivo de un mismo microcircuito (circuito integrado LM723), obtener Ac, Ad y el CMRR (vcc=+/- 12 v) y comparar con lo obtenido en el paso 5, ¿cual muestra mejores resultados? Explicar

Ad Balanceada

Medida Av1 Medida Av2 Medida

0,056 -8 7,76 -142,86 138,57 -281,43

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)Ad Desbalanceada

AC Balanceada

Medida Av1 Medida Av2 Medida

5,32 -0,34 -0,34 -0,06 -0,06 -0,13

Vi (V) Vo1 (V) Vo2 (V)AC Desbalanceada

CMRR 3medido

2201,76

LM723 Punto 5 factor LM723 Punto 5 factor LM723 Punto 5 factor-281,43 -90,12 3,12284 -0,13 -0,26 0,5 2201,76 97,03 22,692041

Ac cmrrAd

5. IMÁGENES OSCILOSCOPIO

Ganancia diferencial punto 2 Ganancia común punto 2

Ganancia diferencial con espejo Ganancia común con espejo de corriente de corriente

Ganancia diferencia LM723 Ganancia común LM723

6. ANÁLISIS DE DATOS: Al implementar un espejo de corriente básico en remplazo de la resistencia de

emisor del amplificador diferencial, se presenta una disminución del factor de rechazo de modo común (CMRR) en un factor de aproximadamente 3 en la práctica y de aproximadamente 13 teóricamente.

En el LM723, se presenta una ganancia diferencial mayor y una ganancia en modo común menor, esto se ve reflejado en el CMRR que aumenta en un factor de 22 veces.

Se observa como la ganancia de modo diferencial aumenta cuando las resistencias de colectores son cambiadas por cargas activas en una relación de 1,5 aproximadamente, pero esto se ve contrarrestado por un aumento de la ganancia de modo común en un factor de 1,6 aproximadamente con lo cual el CMRR se mantiene comparativamente igual en la práctica.

7. CONCLUSIONES

Cuando se implementa un espejo de corriente en cambio de la resistencia de emisor se produce un aumento de CMRR debido a que se remplaza la impedancia vista en el emisor por la impedancia de salida del espejo de corriente, esto minimizando la ganancia común.

Utilizando el amplificador diferencial contenido en el circuito integrado LM723 se obtiene un mejor desempeño medido por el CMRR debido a que en este circuito integrado se usa una carga activa y un espejo de corriente, con esto la impedancia se incrementa y es más estable por el hecho de que se encuentra dentro del mismo microcircuito.

Al implementar una carga activa los valores de CMRR aumentan ligeramente puesto que tanto la ganancia diferencial como la ganancia común aumentan, aun así en la práctica este amplificador diferencial presenta un mejor desempeño dado que su impedancia de salida es más alta y la ganancia diferencial aumenta.

8. BIBLIOGRAFÍA

Electrónica básica para ingenieros, Gustavo Ruiz Circuitos Microelectrónicos, Rashid&Thompson Circuitos Microelectrónicos, Sedra Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, Robert Boylestad

9. ANEXOS